Введение к работе
Актуальность работы. Широкополосовые станы горячей прокатки (ШПС горячей прокатки) продолжают сохранять лидерство в мировом производстве горячеполосового проката. Последнее предопределяет необходимость исследований по дальнейшему повышению эффективности их работы. Начиная с появления в 1926 г., развитие ШПС горячей прокатки шло по пути увеличения массы прокатываемых слябов, что влекло за собой удлинение технологической линии, применение более мощного оборудования, увеличение скоростей прокатки, реализацию прокатки с ускорением в чистовых клетях, созданию систем интенсивного охлаждения на отводящем рольганге, автоматизации процесса производства.
Непрерывные (3/4 непрерывные) ШПС горячей прокатки занимают особое место в большой группе действующих станов благодаря их высокой производительности. Часовая производительность этих станов определяется работой чистовой группы клетей и временем паузы между штуками подкатов, поступающих в эту группу клетей. Паузы в свою очередь формируются взаимосвязанной работой черновой, чистовой групп клетей и печей.
Сохраняется актуальность устранения образования на промежуточном рольганге в момент входа в первую клеть чистовой группы (F1) температурного клина по длине подката и его негативного влияния на качество прокатываемых полос. Для поддержания постоянной температуры конца прокатки по длине готовой полосы на непрерывных ШПС наряду с прокаткой с ускорением в чистовых клетях, широкое распространение получило применение систем теплового экранирования подката на промежуточном рольганге.
Прокатка с ускорением привела в каждой из чистовых клетей к переменным по длине полосы температурно-скоростным и деформационным параметрам, к охлаждению полосы, движущейся с переменной скоростью, на отводящем рольганге. При этом размерные показатели качества готовой полосы и температуры конца прокатки могут быть однозначно проконтролированы только после прохождения чистовой группы клетей, а температуры смотки - после прохождения полосой системы охлаждения, т.е. в обоих случаях с существенным транспортным запаздыванием. Компьютерное управление процессом прокатки в чистовой группе клетей и процессом охлаждения на отводящем рольганге в значительной степени решило отмеченную совокупность этих задач. Однако можно считать, что при постоянной скорости прокатки в клетях чистовой группы и сохранении накопленного опыта по их компьютерному управлению задача обеспечения минимального колебания hпрод., hпоп., tкп и tсм по длине полосы существенно облегчается.
Таким образом, технические характеристики современных непрерывных ШПС горячей прокатки и особенно организация на них технологического процесса существенно исчерпали возможности повышения производительности станов и улучшения качества производимых на них полос, повышения эффективности их производства.
Назрела необходимость реконструкции непрерывных ШПС горячей прокатки, позволяющая уменьшить паузы прокатки и на этой основе повысить производительность станов, снизить расход энергии и потери металла с обрезью на летучих ножницах. Совокупное решение этих технических задач является актуальным.
В связи с этим целью диссертационной работы является повышение эффективности производства г/к полос на непрерывных станах за счет совершенствования условий прокатки в черновой группе и теплообмена на промежуточном рольганге, позволяющих повысить производительность стана, уменьшить энергозатраты производства и потери металла с обрезью на летучих ножницах, а так же стабилизировать температурно-скоростные и деформационные параметры прокатки в чистовой группе клетей (и на этой основе улучшить качество прокатываемых полос).
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
Разработать и исследовать реконструкцию непрерывного ШПС горячей прокатки, обеспечивающую возможность прокатки слябов в черновой группе стана группами и существенное повышение на этой основе производительности стана;
На основе экспериментальных исследований разработать принципиально новую теплосохраняющую установку (ТСУ) для промежуточного рольганга, основу которой составляет применение кассет, экранирующие элементы которых нагревают до температуры поверхности экранируемого металла;
Методами компьютерного моделирования выполнить сопоставительный анализ температурного поля подката в технологической линии стана, а также тепловой и энергетической эффективности применения секциях ТСУ кассет пассивного, активного и псевдоактивного принципов работы;
Проанализировать влияние ускорения и заправочной скорости прокатки в чистовой группе клетей, а так же паузы прокатки, на производительность непрерывного ШПС с новой компоновкой черновой группы клетей;
Методами компьютерного моделирования провести анализ течения металла в очаге деформации при неустоявшейся стадии прокатки. Оценить влияние одновременной прокатки (группами) высоких горячих полос, подаваемых встык в очаг деформации, на снижение величины обрези переднего и заднего концов подката на летучих ножницах.
Новизна диссертационной работы заключается в следующем:
разработан (патент РФ № 2386492 В21В 1/26) и исследован способ прокатки на непрерывном ШПС горячей прокатки, позволяющий повысить производительность стана, уменьшить энергозатраты и потери металла с обрезью, а так же стабилизировать температурно-скоростной и деформационный режимы прокатки в чистовой группе клетей (и на этой основе повысить качество продукции);
путем лабораторных исследований получены данные, необходимые для создания новой теплосохраняющей установки (ТСУ) с кассетами псевдоактивных экранов (ПАТАЭ), нагрев экранирующей поверхности которых осуществлен пропусканием электрического тока по тонкому листу - экрану из жаростойкого сплава до температуры поверхности экранируемого металла;
осуществлено сопоставление эффективности известных теплосохраняющих установок (ТСУ), обеспечивающих снижение охлаждения подката на промежуточном рольганге ШПС горячей прокатки. Установлено, что энергетическая эффективность работы ТСУ ПАТАЭ многократно превышает эффективность ТСУ АТЭ (проходная туннельная печь «Techint»);
проведено моделирование процесса одновременной прокатки высоких горячих полос, подаваемых встык в очаг деформации и формирование при этом очертания (в плане) переднего и заднего концов раскатов. Показано существенное снижение потерь металла с обрезью на летучих ножницах.
Практическая ценность работы заключается:
в повышении эффективности процесса широкополосовой горячей прокатки на непрерывных станах: увеличение производительности стана, уменьшение энергозатрат производства и потери металла с обрезью на летучих ножницах, стабилизации температурно-скоростных и деформационных параметров прокатки в чистовой группе клетей (и на этой основе улучшение качества прокатываемых полос);
в оценке тепловой и энергетической эффективности работы различных ТСУ, в частности применяемых и рекомендуемых к применению на промежуточном рольганге ПАТАЭ и АТЭ (проходная туннельная печь «Techint»); разработке практических рекомендаций по работе ТСУ данных типов;
в получении практических данных о скорости нагрева секции ПАТАЭ, электросопротивление сплава ХН45Ю, электрических и энергетических характеристиках нагревателей (экранов) из сплава ХН45Ю и особенностях работы ТСУ с кассетами ПАТАЭ;
в разработке чертежей и изготовлении опытно-промышленного модуля ТСУ с кассетами ПАТАЭ для стана 560 «Серп и Молот; проектировании системы электроснабжения и автоматического управления нагревом кассет ПАТАЭ.
Основные положения, которые выносятся на защиту:
Новый способ горячей прокатки слябов в черновой группе клетей и компоновка черновой группы ШПС горячей прокатки, позволяющие значительно повысить эффективность этих станов;
Результаты анализа производительности ШПС горячей прокатки с новой компоновкой черновой группы клетей с учетом изменения заправочной скорости и ускорения прокатки в чистовой группе клетей, а так же уменьшения паузы прокатки на входе в чистовую группу клетей;
Результаты лабораторных испытаний, необходимые и достаточные для промышленного изготовления кассет ПАТАЭ. Оценка тепловой и энергетической эффективности ТСУ с пассивными, активными и псевдоактивными кассетами;
Влияние прокатки высоких горячих полос в черновых клетях, подаваемых встык в очаг деформации, на особенности формообразования передних и задних концов подката, и снижение на этой основе потерь металла с обрезью на летучих ножницах.
Достоверность результатов. Основные научные и практические положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, обоснованы теоретически, базируются на известных и впервые полученных в диссертации экспериментальных данных; при этом использовали современные теоретические и экспериментальные методы исследований, вычислительной и измерительной техники.
Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на ежегодной конференции «дни науки МИСиС» в 2010 году (2 доклада); на IX международной научно-технической конференции «Современные металлические материалы и технологии» в 2011 г., организуемой СПб ГПУ в Санкт-Петербурге; на сайте инжиниринговой компании «APTEX», официального дистрибьютора Deform-3D.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы 8 печатных работ.
Личный вклад: Содержание диссертации отражает личный вклад автора в опубликованные работы. Комплекс исследований, результаты которых приведены в настоящей диссертационной работе, выполнен в рамках научно-исследовательских работ при непосредственном участии автора. Результаты других авторов, которые использованы при изложении, содержат ссылки на соответствующие источники.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложения. Работа содержит 198 страниц машинописного текста, 96 рисунков, 11 таблиц и список литературы из 207 наименований.
